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非平衡結合クラスター法による量子シミュレーション手法の開拓

公募研究

研究領域量子クラスターで読み解く物質の階層構造
研究課題/領域番号 19H05156
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

鹿野 豊  慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特任准教授 (80634691)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード量子シミュレーション / 結合クラスター法 / ハートリー・フォック法 / 平均場近似 / 量子多体系
研究開始時の研究の概要

量子多体系の多電子系のハミルトニアンを形式的に書き下すことは出来ても、最も基本的な性質とされるハミルトニアンの固有値、固有状態を求めることは数値的にも困難な問題である。その数値解法手法の一つとして結合クラスター法というものがあり、これをパリティー・時間(PT)対称性のある結合クラスター法のアルゴリズムを開発することを目的とし、非平衡量子開放系を含んだ量子シミュレーションとして実装出来ることを提案する。

研究実績の概要

本年度の研究成果に関しては量子多体系の計算に関するボトルネックを洗い出すために、既存手法に関するレビューを行い、レビュー論文として取りまとめ、査読付き学術論文誌に掲載された。更には、本レビュー論文をまとめる過程において、量子計算機のノイズによる安定性の概念に気づき、量子乱数を用いた量子計算機の性能評価に関する研究成果をいくつか得て、それらを査読付き学術論文に掲載することが出来た。この研究手法を現在使用可能なクラウド上の量子計算機のサービスに対して適用すると、短期的にも長期的にも安定的には動作していない可能性を示唆することが出来た。この安定性の解析に関しては、量子多体系の量子計算機の利用に関して、どの程度影響があるかを調べはじめている。研究計画立案時には、外界の環境が一定のものであるので、制御可能であろうと推測していたが、不安定な環境系の中での制御機能を考える必要がある。これらの研究は今後、どの程度、量子計算機の応用可能性があるのかを示す意味でも重要な研究に発展していくと確信し、その礎を気づくことが出来たと考えている。量子多体系のダイナミクスに関しては、原子核物理との類似点を見出すことが出来、量子ウォークを用いた解析が有効なのではないかという知見を得た。ただ、これだけでは実際の原子核反応に関して適用できないため、今後の研究の発展が重要であると考える。これらの研究成果は「量子クラスターで読み解く物質の階層構造」の新学術領域内で様々な階層の物理領域に触れることが出来たからであると考えている。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 16件、 招待講演 18件) 備考 (2件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Chapman University/IBM Watson Research Center(米国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Aix-Marseille university(フランス)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [国際共同研究] Warwick University(英国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Post-Hartree-Fock method in Quantum Chemistry for Quantum Computer2021

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano, Hiroshi C. Watanabe, Ken M. Nakanishi, Yu-ya Ohnishi
    • 雑誌名

      The European Physical Journal

      巻: Special Topics 号: 4 ページ: 1037-1051

    • DOI

      10.1140/epjs/s11734-021-00087-z

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Random Numbers Generated by a Cloud Superconducting Quantum Computer2021

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura, Yutaka Shikano
    • 雑誌名

      International Symposium on Mathematics, Quantum Theory, and Cryptography

      巻: NA ページ: 17-37

    • DOI

      10.1007/978-981-15-5191-8_6

    • ISBN
      9789811551901, 9789811551918
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Detecting Temporal Correlation via Quantum Random Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano, Kentaro Tamura, Rudy Raymond
    • 雑誌名

      EPTCS

      巻: 315 ページ: 18-25

    • DOI

      10.4204/eptcs.315.2

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書 2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Unpredictable random number generator2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 雑誌名

      AIP Conference Proceedings

      巻: 2286 ページ: 040004-040004

    • DOI

      10.1063/5.0029701

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Quantum Random Numbers generated by the Cloud Superconducting Quantum Computer2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura and Yutaka Shikano
    • 雑誌名

      International Symposium on Mathematics, Quantum Theory, and Cryptography: Proceedings of MQC 2019

      巻: NA ページ: 11-12

    • DOI

      10.1007/978-981-15-5191-8_4

    • ISBN
      9789811551901, 9789811551918
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum Random Number Generation with the Superconducting Quantum Computer IBM 20Q Tokyo2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura and Yutaka Shikano
    • 雑誌名

      TUCS Lecture Notes

      巻: 30 ページ: 13-25

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 量子技術の要件2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      2020年度 第4回 光材料・応用技術研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子乱数生成による量子コンピュータの安定性解析2021

    • 著者名/発表者名
      田村 賢太郎, 鹿野 豊, Rudy Raymond
    • 学会等名
      第17回 日本応用数理学会研究部会連合発表会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 離散時間量子ウォークを用いた量子シミュレーションの理論の確立2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子ウォークで記述する量子開放系ダイナミクス2021

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      日本物理学会 第76回年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Statistical Evaluation of Qubit Cross-correlation via Random Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura, Rudy Raymond and ○Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Quantum Computing Theory in Practice Conference at Centre for Mathematical Sciences
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Cost of Quantum Computational Chemistry2020

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      第3回クラスター階層領域研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 乱数生成による量子コンピュータの統計的評価2020

    • 著者名/発表者名
      田村 賢太郎, 鹿野 豊, Rudy Raymond
    • 学会等名
      日本計算機統計学会 第34回シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 量子コンピュータの解析手法としての乱数検定の可能性2020

    • 著者名/発表者名
      田村 賢太郎, 鹿野 豊, Rudy Raymond
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2020年度 年会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 乱数生成による量子コンピュータの統計的評価2020

    • 著者名/発表者名
      田村 賢太郎, 鹿野 豊, Rudy Raymond
    • 学会等名
      第43回量子情報技術研究会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 量子乱数生成で探る量子コンピュータ2020

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      第12回 暗号及び情報セキュリティと数学の相関ワークショップ
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Random Numbers in Quantum Computer2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      International workshop on quantum information, quantum computing and quantum control 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Random Numbers in Quantum Computer2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura and 笳戯utaka Shikano
    • 学会等名
      2nd Conference on Quantum Frontiers and Fundamentals (QFF2020)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Random Numbers in Quantum Computer2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      9th Jagna International Workshop: Stochastic Analysis ~ Mathematical Methods and Real World Models
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quantum Random Numbers in Quantum Computer2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      9th Workshop of Quantum Simulation and Quantum Walks
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Statistical Evaluation of Qubit Cross-correlation via Random Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura, Rudy Raymond and Yutaka Shikano
    • 学会等名
      International Workshop for Young Researchers on the Future of Quantum Science and Technology 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Stability Benchmarking of Quantum Computers via Quantum Random Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Workshop on Quantum Foundations: Measurement & Entanglement
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Statistical Evaluation of Qubit Cross-correlation via Random Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      田村 賢太郎, ルディー・レイモンド, 鹿野 豊
    • 学会等名
      QMKEK7: 量子論の諸問題と今後の発展
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Statistical Evaluation of Qubit Cross-correlation via Random Number Generation2020

    • 著者名/発表者名
      田村 賢太郎, ルディー・レイモンド, 鹿野 豊
    • 学会等名
      日本応用数理学会第16回(2020年度)研究部会連合発表会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 量子情報技術入門~量子計算・量子計測を例にして~2020

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      2019年度 第4回 光材料・応用技術研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 離散時間量子ウォークを用いた量子シミュレーションの理論の確立2020

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] The Superconducting Quantum Computer IBM 20Q Tokyo in the Context of Quantum Random Number Generation2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura and Yutaka Shikano
    • 学会等名
      20th Anniversary of Superconducting Qubits (SQ20th) -- Progress and Future Direction --
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Error Identification by Composite Pulse Technique in Cloud-Type Quantum Computer2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      20th Anniversary of Superconducting Qubits (SQ20th) -- Progress and Future Direction --
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Computer Status Check via Output Random Numbers Sequence2019

    • 著者名/発表者名
      田村賢太郎, 鹿野 豊
    • 学会等名
      第40回量子情報技術研究会 (QIT40)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Simulation of Many-Body Physics in Quantum Computer2019

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      第二回クラスター階層領域研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Random Number Generation with the Superconducting Quantum Computer IBM 20Q Tokyo2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura and Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Workshop on Quantum Computing and Quantum Information
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Quantum Random Numbers on Quantum Computer2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Quantum Information Revolution: Impact to foundations!? (QIR)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Statistical Cost of Interactive Quantum Phase Estimation in Quantum Chemistry2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Frontiers of Quantum and Mesoscopic Thermodynamics (FQMT19)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Physical Implementation of Quantum Simulation2019

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      量子シミュレータとしての量子ウォークの数理
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 量子乱数と量子ウォークの関係性2019

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2019年度年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantum Computer Status Check via Output Random Number Sequence2019

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊, ○田村 賢太郎
    • 学会等名
      日本応用数理学会 2019年度年会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 変分量子アルゴリズムにおける最適化問題の解析2019

    • 著者名/発表者名
      上西 慧理子, 鹿野 豊
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大学
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Quantum Random Numbers generated by the Cloud Superconducting Quantum Computer2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      International Symposium on Mathematics, Quantum Theory, and Cryptography
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Testing cloud quantum computers as random number generators2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Tamura and Yutaka Shikano
    • 学会等名
      4th International Symposium on Research and Education of Computational Science (RECS)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Computational Time Estimation of Quantum Chemistry Calculation in Quantum Computer2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      Workshop on Selected Topics in Quantum Computation and Quantum Information
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Resource estimation of quantum chemistry problem in quantum computer2019

    • 著者名/発表者名
      Yutaka Shikano
    • 学会等名
      SNAIA2019 Smart Nanomaterials 2019: Advances, Innovation and Applications
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Precision-guaranteed quantum chemistry calculation in quantum computer2019

    • 著者名/発表者名
      鹿野 豊
    • 学会等名
      Mini Workshop on Classical and Quantum Resources
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 慶應義塾大学量子コンピューティングセンター 業績

    • URL

      https://www2.quantum.keio.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [備考] 研究室HP

    • URL

      https://sites.google.com/gunma-u.ac.jp/slab/research

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] Mini Workshop on Quantum Optimization2020

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-04-18   更新日: 2021-12-27  

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